פרוסות Silicon on Sapphire (SOS) לאלקטרוניקה עמידה לקרינה
ספיר במישור R-plane עם אפיטקסיית Si חד־גבישי (100) שגדלה בשיטת <strong>הטרואפיטקסיה ב־CVD + SPE</strong> — מותאם ל־<strong>RF עם הפסדים נמוכים</strong>, עבודה בטמפרטורות גבוהות ומערכות עמידות לקרינה.
סקירת מוצר
פרוסות GINECHIP Silicon on Sapphire (SOS) משלבות מבודד מספיר ב־R-plane עם שכבת Si חד־גבישית באיכות גבוהה (100), שגדלה בשיטת הטרואפיטקסיה CVD + SPE לייצור מכשירים יציב.
מיועד לסביבות קשות: SOS מספק בידוד דיאלקטרי אמיתי עם <strong>ללא latch-up</strong> ועם <strong>עמידות גבוהה לקרינה</strong>, תוך עמידה בדרישות לדיוק נמוך של פגמים ומינימום חספוס עבור RF ו־IC אנלוגיים.
יתרונות מרכזיים: <strong>בידוד דיאלקטרי</strong>, <strong>ללא latch-up</strong> ו־<strong>ביצועים עמידים לקרינה</strong>.
למה לבחור ב־SOS
SOS מספק <strong>בידוד דיאלקטרי מלא</strong> באמצעות ספיר כמבודד, ומאפשר פעולה יציבה לאלקטרוניקה אמינה וביישומים בעלי מגבלת הספק—ללא סיכון ל־latch-up.
בזכות <strong>צפיפות פגמים נמוכה</strong>, איכות נשלטת של פני השטח/ה-ממשק ועמידות <strong>עמידה לקרינה</strong> מעל 100 krad(Si) ללא latch-up, SOS מתאים למשימות חלל, ביטחון ופלטפורמות בטמפרטורה גבוהה.
איכות שכבת ה־Si
Si חד־גבישי (100) על ספיר R-plane עם <strong>XRD FWHM < 0.5°</strong> ו־<strong>RMS חוסר-חלקות < 0.5 נ״מ</strong>, כדי לתמוך בשלמות יציבה של הסרט בתהליכי ייצור מתקדמים.
אמינות ובקרת מידות של הפרוסה
<strong>שליטה ב‑TTV ובנטייה עבור וופרים המתאימים לליתוגרפיה.</strong> וופרי SOS Si-on-sapphire כוללים <strong>TTV < 5 μm</strong> ו‑<strong>Bow < 15 μm (150 mm)</strong>, כדי לתמוך בטיפול יציב בוופרים, פטרנינג אחיד והתאמה אמינה בתהליך. זמינות עובי: 330–650 μm עם אחידות עובי מתאימה לייצור בעל תפוקה גבוהה.
ביצועים תרמיים ומכניים
<strong>מיועד לעבודה יציבה מטמפרטורות נמוכות עד גבוהות.</strong> טכנולוגיית SOS ספיר/Si תומכת בטווח עבודה של <strong>-55°C עד +300°C</strong>, עם <strong>מוליכות תרמית של 40 W/m·K</strong>. הדבר מסייע לשמור על יציבות חשמלית ותהליכית במהלך תנודות טמפרטורה.
תהליך שקיעה וייצור
באמצעות גידול הטרואפיטקסיאלי ב-CVD בשילוב אפיטקסיית מצב מוצק (SPE) נוצרת <strong>שכבת Si (100) חד-גבישית</strong> על ספיר מסוג R-plane (1-102) בעובי <strong>100nm-1000nm</strong>. צפיפות מיקרו-תאומים היא <strong><10^6/cm²</strong>, וממשק Si/ספיר חד וברור כדי להבטיח ביצוע אמין של התקנים.
השוואה בין SOS ל-SOI
ב-SOS נעשה שימוש בבידוד מספיר חד-גבישי, בעוד שב-SOI נשען על SiO₂ כ-buried oxide. הטבלה שלפניכם מדגישה את הפשרות המרכזיות—במיוחד עבור <strong>ביצועי rad-hard</strong>, יציבות תרמית והתנהגות בתחום ה-RF.
| פרמטר | SOS | SOI |
|---|---|---|
| מבודד קבור | Sapphire (Al₂O₃, single crystal) | SiO₂ (amorphous) |
| מבודד εᵣ | 9.4–11.5 | 3.9 |
| מוליכות תרמית | 40 W/m·K (sapphire) | 1.4 W/m·K (SiO₂) |
| קשיחות לקרינה | > 100 krad(Si), no latchup | Up to 100 krad(Si), BOX trapping |
| טמפרטורת עבודה מקסימלית | 300°C | 250°C |
| הפסד במצע (RF) | Extremely low (insulating sapphire) | Low, but HR-Si handle needed |
| איכות סרט Si | Heteroepitaxial (defects at interface) | Single-crystal (smart-cut or BESOI) |
| קוטר פרוסה | 2″–8″ | 100mm–300mm |
| עלות | $$$ | $$ |
הבטחת איכות ואמינות
הבטחת האיכות מאומתת באמצעות XRD FWHM <0.5° וצפיפות פגמים <10⁶/cm². קשיחות קרינה מתקבלת לפי אצווה לפי Co-60 עד 100 krad(Si). כל וייפר עובר בדיקת 100%, והמשלוח מתבצע באריזה ואקום ב-Class 100.
מפרט
| פרמטר | ערך / מפרט |
|---|---|
| מצע בסיס | R-plane (1-102) sapphire, 2″–8″ diameters, 330–650μm thick |
| עובי סרט הסיליקון | 100nm, 150nm, 200nm, 300nm, 500nm, 1000nm, ±10% tolerance |
| שיטת השקעה | CVD heteroepitaxial growth, solid-phase epitaxy |
| איכות גביש הסיליקון | Single-crystal (100) Si on R-plane sapphire, FWHM < 0.5° XRD |
| התנגדות סגולית | Intrinsic: > 100 Ω·cm; N-type or P-type doped per specification |
| ניידות | Electron μₑ: 400–700 cm²/V·s; Hole μₕ: 150–250 cm²/V·s |
| צפיפות פגמים | Microtwin density reduced via SPE, < 10⁶/cm² |
| חספוס פני השטח | RMS < 0.5nm |
| TTV/קשת | TTV < 5μm, Bow < 15μm for 150mm |
| איכות הממשק הקבור | Si/Sapphire interface: abrupt, contamination < 5×10¹¹/cm² |
| בידוד דיאלקטרי | Sapphire insulator: εᵣ = 9.4–11.5 |
| מוליכות תרמית | Sapphire: 40 W/m·K |
| טמפרטורת עבודה | -55°C to +300°C with appropriate metallization |
| סבילות לקרינה | > 100 krad(Si) total dose, no latchup |
| אריזה | Vacuum-sealed single-wafer cassette, Class 100 |
יישומים
CMOS מוקשח לקרינה
SOS הוא המצע המוביל עבור מעגלים משולבים מוקשחי קרינה ביישומי חלל, ביטחון וגרעין. מצע הספיר המבודד מבטל לחלוטין latch-up — אפקט התיריסטור הטפילי שהורס מעגלי CMOS בנפח תחת הקרנת יונים כבדים או פרוטונים. מעגלי SOS CMOS עומדים במינון מיינן כולל (TID) העולה על 100 krad(Si) ובחסינות מפני latch-up של אירוע בודד (SEL) עד LET > 120 MeV·cm²/mg.
מתגי RF ו-front-end
מצע הספיר המבודד מבטל את פרוסת הסיליקון הנושאת המוליכה הקיימת ב-SOI קונבנציונלי, ומפחית באופן דרמטי את הפסדי ה-RF במצע. מתגי SOS RF משיגים הפסד החדרה < 0.3 dB ובידוד > 30 dB ב-2 GHz, עם עיוות הרמוני (HD2/HD3) נמוך משמעותית מ-CMOS בנפח או מחלופות GaAs pHEMT. חיוני לכיוונון אנטנות ולבחירת פסים בסמארטפונים רב-מצביים 4G/5G.
אלקטרוניקה בטמפרטורה גבוהה
מעגלי SOS CMOS פועלים באמינות בטווח -55°C עד +300°C הודות לבידוד דיאלקטרי מלא המבטל זליגת צומת — מנגנון הכשל העיקרי של סיליקון בנפח בטמפרטורות גבוהות. יישומים כוללים מכשור בקידוח נפט וגז, אלקטרוניקה בתא המנוע ברכב, וממשקי חיישנים למנועי סילון שבהם סיליקון קונבנציונלי כשל מעל 200°C.
פוטוניקה משולבת
מצעי SOS משלבים שכבת התקן סיליקון בעלת מקדם שבירה גבוה (n = 3.47) על מצע ספיר בעל מקדם שבירה בינוני (n = 1.77), ומספקים ניגודיות מקדם שבירה מספקת עבור מוליכי גל אופטיים תת-מיקרוניים, תוך אפשור צימוד מתפוגג לספיר לחישה במצב תת-אדום בינוני. פלטפורמות פוטוניות SOS הפועלות ב-1.55μm ובמצב תת-אדום בינוני (3–5μm) משמשות לספקטרוסקופיה על שבב ולחישה כימית.
גלאי קרני X וחלקיקים
גלאי פיקסלים מסוג SOS עבור ניסויי פיזיקת אנרגיה גבוהה ודימות רנטגן מסונכוטרון נהנים מסרט סיליקון מדולדל לחלוטין ובעל קיבול נמוך על מצע מבודד. היעדר נפח מוליך מבטל דיבור-הצטלבות בין פיקסלים סמוכים, בעוד שקשיחות הקרינה מבטיחה פעולה יציבה לאורך שנים של חשיפה בשטף גבוה במתקנים כמו CERN ובקווי אלומה של סינכרוטרון.
מערכות תעופה וחלל ולוויינים
טכנולוגיית SOS נפרסה ביותר מ-200 תוכניות לוויין, כולל GPS Block III, Iridium NEXT ומשימות רוברים למאדים. השילוב של קשיחות קרינה, טווח טמפרטורות רחב וניסיון טיסה מוכח (> 500 מיליון שעות-התקן במסלול) הופך את SOS למצע המהימן עבור אוויוניקה קריטית לחללית, גלאי כוכבים ומטעני תקשורת.
מטרולוגיה ובקרת איכות
כל וייפר נבדק באמצעות המטרולוגיה שלהלן. <strong>ה-CoA כלול בכל משלוח</strong>. מתקבלים <strong>100% נתונים פרמטריים</strong> לאישור אצווה (lot acceptance).
רכישת וייפרי SOS
<strong>זמינים עובי, דופינג וקטרים מותאמים אישית</strong>. ספרו לנו את הדרישות שלכם ודברו עם המהנדסים שלנו.